Como projetar um robô? parte 2

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editorial
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nosso Portal de Mecatrônica. Veja em (www.mecatronicaatual.com.br) que entrou no ar no dia 13 de maio,
o trabalho que desenvolvemos nos últimos 7 anos.
Com uma atuação leve e didática iniciamos diversos
leitores na área de automação com a divulgação de
tecnologia, projetos de robôs e outros tipos de matérias nos diversos ramos da mecatrônica.
O mundo está muito competitivo e o Brasil começa
a mostrar a sua competência e tenacidade para
encontrar as melhores tecnologias, visando produzir
com qualidade e custos baixos. Há muitas vagas de
empregos não preenchidas por falta de profissionais
qualificados. Os currículos da maior parte das escolas ainda não atendem às exigências atuais do mercado de trabalho e os alunos que querem se destacar precisam se
esforçar muito e procurar outras fontes complementares de conhecimento.
A nossa modesta contribuição tem sido a de disponibilizar as informações de
ponta que são tão necessárias aos leitores, para encontrar este caminho da excelência. Com o Portal teremos versatilidade e rapidez.
O leitor que é assinante da revista impressa Mecatrônica Atual, além das novas
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possuem e-mails para fornecerem, a nesses casos. Respeitamos esse direito ao anonimato, mas solicitamos que não deixem de preencher todos os campos do cadastro,
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Até a próxima!
Hélio Fittipaldi
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3
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i
índice
Robônews
6
3
Fotocontrole Modelix
6
É apresentado neste artigo, um modo de controlar
o motor do Modelix com um feixe de luz
por Newton C. Braga
Caixas e gabinetes
9
Destaque sobre as opções de caixas
e gabinetes existentes no mercado
por Newton C. Braga
18
Miniprojetos de robótica e mecatrônica
Análise dos projetos básicos que poderão ser
utilizados em trabalhos de Robótica e Mecatrônica
12
por Newton C. Braga
RM-1 Robô Manipulador
Republicação do robô de braço mecânico, passo-a-passo
18
por Márcio José Soares
Como projetar um robô? - Parte 2
Confira a continuação do artigo e projete
seu robô a partir de importantes dicas
30
por Márcio José Soares
30
4
Controle de motores DC com o PIC
Veja o conteúdo do documento AN893 da Microchip
35
por Newton C. Braga
Mecatrônica Fácil nº39
n
notícias
Robonews
Jeff Eckert
Robô controle remoto
Os pesquisadores da Toshiba
(www.toshiba.com) dão uma pequena previsão do que o ApriPoko é capaz
de fazer. Trata-se basicamente de um
controle remoto para TV, estéreo ou
outros sistemas eletrônicos. De acordo
com as informações, o AP senta e procura sinais infravermelhos emitidos por
controles remotos comuns.
Quando um dos sinais é detectado, o robô pergunta: “O que você quer
que eu faça?”. Você pode responder
“ligue a TV”; “mude para o canais de
esportes”; ou então “faça o cachorro
parar de latir”. Ele armazena essa
informação e memoriza o sinal apropriado, ficando pronto para realizar a
operação sob seu comando.
O ApriPoko simplesmente acopla seu braço transmissor e realiza a
operação. Ele também vai levar uma
câmera com a qual poderá identificar
um usuário particular. Os detalhes
são poucos, mas ele deverá medir
perto de 27 centímetros de altura e
pesar 2,3 kg. Perfeito para transportar
batatas pela casa.
Toshiba Corp. / Divulgação
Robô ApriPoko
da Toshiba
Robôs para exibição pública
De acordo com o World Robotics
(www.worldrobotics.org), 951. 000
robôs industriais estavam em serviço
em 2007, mas relativamente poucas
pessoas como nós, mortais, tiveram a
chance de ver e interagir com essas
máquinas de uma forma mais próxima. Isto perturba os artistas do Robotlab da Alemanha (www.robotlab.
de), e então, sua intenção foi criar um
robô criativo experimental para exibição em locais públicos.
RDI / Divulgação
Assim, a aparência e movimentos,
além dos sons podem ser interpretados
individualmente pelo assistente e evocar
“idéias que possam estar no campo de
finalidades práticas, bem como formular uma imagem utópica de uma futura
cultura entre homem e máquina”. Para
essa finalidade, o Robotlab programou
recentemente uma unidade Kuka para
escrever sua própria propaganda.
A unidade consiste em oito afirmações geradas de forma autônoma,
seguida de um número de série/assinatura. Como a máquina produz palavras de forma aleatória, fora de um
controle interno de informação, elas
não fazem muito sentido, mas expressam a finalidade do projeto.
As frases são geradas em alemão,
pois algumas traduções levam a coisas
como: “A sublimação é subjetiva”. “O
aparelho se torna a composição que
faz o deslocamento”; ou ainda “Do chip
vem o fluxo de dados” por exemplo.
n
HSI / divulgação
notícias
Robô ativado a laser
Em 2005, a Georgia Tech e a Emory University se juntaram para criar
o Health Systems Institute (www.hsi.
gatech.edu), que ficará no Centro de
Robótica para Cuidados de Saúde. O
diretor do centro Charlie Kemp e outros pesquisadores, demonstraram o
El-e (pronuncia-se “èlie”), um robô de
um braço que, além de ter boa aparência, pode ser uma ótima pedida
para ajudar pessoas com problemas
sérios de mobilidade. Ele foi projetado para ajudar os usuários em tarefas
diárias como pegar toalhas, vidros de
comprimidos, telefones, etc.
O mais interessante é o sistema
de interface do El-e: além de levar um
sistema complexo de controle, baseado em reconhecimento de voz ou linguagem corporal, o robô é controlado
também por um laser pointer verde.
Você simplesmente ilumina o objeto
O pesquisador Charlie
Kemp aceita uma
toalha do El-e
que deseja e o robô utiliza uma câmera para analisar a situação e pegar
o objeto, trazendo-o até você, ou se
preferir, colocando-o em uma mesa
ao seu lado.
A equipe está trabalhando para
expandir as capacidades do El-e, incluindo operação com interruptores e
abertura e fechamento de portas.
n
notícias
Eric Maslowski, University of Michigan 3D Lab
Avião robótico
de espionagem
imita morcegos
Avião espião pode
colher dados e enviálos para soldados em
tempo real
O exército americano anuncia
um programa de 5 anos com dotação de 10 milhões de dólares que
contará com o patrocínio do College of Engineering, para o Center
for Objective Microelectronics and
Biomimetic Advanced Technology
(COM-BAT) na Universidade de
Michigan (www.umich.edu) .
A intenção do Centro é ajudar
a desenvolver um
avião espião de 15
cm, modelado na
forma de um morcego, que pode colher
dados como imagens, sons e cheiros em zonas urbanas de combate,
e transmitir informações de volta a
soldados em tempo real.
Os pesquisadores da U-M vão
focar em sistemas microeletrônicos
AV, incluindo sensores, ferramentas de comunicação e baterias.
Este avião terá microcâmeras para
visão estereoscópica, um miniconjunto de microfones que pode cap-
tar sons de diferentes direções e
detectar radiação nuclear e gases
venenosos.
As operações noturnas do
avião podem ser realizadas com a
ajuda de um radar miniatura e um
sensível sistema de navegação.
Além disso ele será capaz de usar
energia solar, do vento, vibrações
e outras fontes que recarregarão
suas baterias de lítio.
O COM-BAT também envolve
a Universidade da Califórnia em
Berkeley e a Universidade do Novo
México, cada uma desenvolvendo
um subsistema diferente.
Novo estado
fundamental da matéria
Alguém disse um dia: “Eu sou matéria, você é matéria, o Universo é
matéria. Mas, isso não importa”. Eu
acho que foi Einstein, depois de um
fim de semana com Lowenbrau e
Marlilyn Monroe. Contudo, você não
pode ter matéria sem antimatéria, yin
sem yang ou Laurel sem Hardy.
É assim, previsível, que você não
tenha supercondução sem superisolação. Isto justamente levou os cientistas do Departamento de Energia do
Argonne National Lab (www.anl.gov)
a provar esse fato.
Com a assistência de uma equipe
da Alemanha, Rússia e Bélgica, eles
criaram um filme fino de nitrato de titânio, refrigerando-o próximo de zero
absoluto e então descobriram que,
dentro de certo limiar, sua resistência
aumentou em 100. 000 vezes.
Aparentemente, a supercondução
depende de elétrons que se juntam em
pares, denominados “pares de Cooper”
(de Leon Cooper, que ganhou o prêmio
Nobel de 1972 pela sua descoberta).
Quando os pares formam longas cadeias, pode-se ter um fluxo sem resistência de elétrons. No entanto, quando
eles se evitam, formam uma trava para
o movimento de elétrons e com isso
uma forte resistência à corrente.
Aplicações práticas ainda não foram
exploradas, mas especula-se que enrolando esses super-isoladores em torno
de materiais supercondutores podese criar um percurso elétrico que não
apresente perda de energia em calor,
viabilizando a elaboração de circuitos
eficientes de sensores e baterias.
Novo estado da
matéria é criado no
Argonne National Lab
5
m
montagem
Fotocontrole
Modelix
Newton Braga
Os conjuntos de peças
dos kits Modelix
fornecem soluções muito
interessantes para o
projetista mecatrônico,
além de possuirem
alguns dispositivos
eletroeletrônicos muito
úteis. No entanto,
estes dispositivos não
funcionam sozinhos,
precisando de circuitos
apropriados. Muitos
desses circuitos podem
ser elaborados com base
em projetos desta revista
e de nossos livros (vide
box no final do artigo).
Em especial, neste artigo
descreveremos um modo
simples de controlar o
motor do Modelix usando
um feixe de luz.
MF39_Fotocontrole.indd 6
O controle de motores de
corrente contínua a partir de sensores
oferece uma possibilidade muita ampla
de se automatizar projetos usando o
Modelix. Em particular, destacamos o
sensor de luz (LDR) que pode ser usado para ativar um motor pela presença
de luz ou por sombra, o que nos leva
a alguns automatismos interessantes
como os mostrados na figura 1.
No primeiro caso, podemos acionar o sistema mecânico que abre uma
porteira quando o farol de um carrinho
ilumina o sensor. No segundo caso,
podemos fazer com que um objeto
seja retirado de uma esteira quando
ele passa diante do sensor.
Porém, o sensor sozinho não pode
acionar diretamente um motor, pois a
corrente que ele controla é muito baixa. Assim, para que ele seja usado
com um motor ou amplificamos essa
corrente a ponto dela atuar sobre o
motor diretamente ou então utilizamos um amplificador e um relé.
Nossa opção neste projeto é justamente essa. Então antes de implantar
o circuito numa matriz de contatos,
vamos analisar seu princípio de funcionamento.
Como Funciona
A grande vantagem de usarmos
um relé no nosso projeto está no fato
de que isolamos o circuito de controle (parte eletrônica) do motor. Isso é
bom, conforme ilustra a figura 2, pois
o motor tende a gerar ruídos quando
funciona, devido à comutação de suas escovas e isso pode causar interferência no funcionamento do circuito.
No nosso projeto empregamos como sensor um LDR (foto-resistor), que
é um componente que deixa passar
mais corrente (sua resistência diminui)
quando ele recebe luz. Para aumentar
a sua corrente usamos como amplificador um transistor que controla um
relé. O ajuste da sensibilidade do circuito é feito por um potenciômetro que
determina exatamente o quanto de luz
necessita o sensor para mudar o estado do relé, e nesse ponto temos duas
possibilidades interessantes que são
exibidas na figura 3.
Na primeira (a), a corrente no transistor aumenta quando a luz que incide
no LDR aumenta e, portanto, sua resistência diminui. Isso significa que o
relé será acionado com a luz, fazendo
com que o motor funcione.
16/5/2008 08:34:54
m
montagem
1
Exemplos de montagem
2
Na segunda (b), a corrente no transistor aumenta quando a luz que incide
no LDR é cortada ou diminui de intensidade. Isso significa que o motor vai
ser acionado pelo relé quando houver
uma sombra sobre o sensor, ou quando a luz for interrompida.
Qual das configurações o leitor adotará em seu projeto dependerá apenas
da aplicação, conforme citamos na introdução. Para ilustrar o funcionamento do sistema colocamos também um
pequeno dispositivo simples Modelix
que transmite o movimento do motor
a uma polia maior numa espécie de
caixa de redução experimental.
Nessa montagem, todas as peças
são do próprio Modelix, exceto o elástico de transmissão que é um elástico
comum de prender papel.
Observe que usamos um chassi
extendido para poder fixar através de
elásticos a matriz de contatos onde
será montado o circuito eletrônico. Evidentemente, se o leitor optar por outra
técnica de montagem, em placa de circuito impresso, por exemplo, o chassi
pode ser mais curto.
Nesta configuração de chassi longo, para uma eventual competição, é
3
Isolamento do circuito de controles
Modos de ajustes de sensibilidade do circuito
preciso ter bastante cuidado com o
alinhamento das rodas para que o veículo se desloque em linha reta.
Montagem Eletrônica
Na figura 4 temos o diagrama
completo do simples circuito de controle que usa fontes de alimentação
diferentes para o motor e para a parte
eletrônica.
O relé utilizado é de 6 V e como o
motor é de 3 V, temos realmente que
usar fontes separadas para a alimentação. O LDR é do tipo redondo, comum,
de qualquer tamanho e o potenciôme-
tro de ajuste pode ter valores entre 100
k ohms e 1 M ohms.
Para obter mais sensibilidade e diretividade na ação do LDR temos duas opções. A primeira (a) consiste em
empregar um tubinho opaco de modo
que ele (LDR) receba luz apenas de
uma direção. A segunda (b) consiste
em se usar uma lente convergente que
vai permitir focalizar uma fonte de luz
distante, conforme mostra a figura 5.
Veja que, pelo fato do relé isolar
o motor do circuito eletrônico, podemos controlar motores ou cargas com
qualquer tensão. O relé tem dois con-
16/5/2008 08:35:03
m
montagem
tatos reversíveis, o que significa também que, ao ligar o motor, ele pode
desligar outra carga ou ainda acionar
simultaneamente um LED, conforme
fizemos no circuito original.
Esse LED de monitoramento é especialmente interessante se o motor
estiver longe e houver necessidade de
sabermos se ele foi acionado ou não.
Para a conexão de certos componentes na matriz de contatos, como o
suporte de pilhas, motor, potenciômetro, será interessante soldar pedaços
de fios rígidos em seus terminais, os
quais se encaixam melhor nos furos.
O fio paralelo usado em conexões telefônicas é o melhor para esse tipo de
trabalho. Esse mesmo fio também é o
aplicado em algumas interligações da
matriz de contatos.
Prova, Ajuste e Uso
Uma vez conferidas todas as conexões, coloque as pilhas no suporte e
atue sobre o potenciômetro de ajuste.
Por outro lado, se sua versão for a
que dispara com a luz, cubra o sensor
com a mão e vá ajustando P1 até que o
motor desligue. Descobrindo o sensor,
o motor deve ser acionado. Encontre o
ajuste no ponto de maior sensibilidade.
Se sua versão for a que dispara com
a sombra, ajuste P1 até que o motor pare e depois, colocando a mão na frente, o motor deve ligar. Retoque o ajuste
para obter a maior sensibilidade.
Comprovado o funcionamento, é
só usar o aparelho. Para incorporar o
sensor ao Modelix você pode soldá-lo
a fios longos que serão conectados à
matriz de contatos.
f
Lista de materiais
Q1 - BC548 ou equivalente – transistor
NPN de uso geral
D1 - 1N4148 – diodo de uso geral
LED - LED comum de qualquer cor
(opcional)
LDR - Foto-resistor
K1 - Relé de 6 V – Metaltex ML2RC1 ou
equivalente
B1 - 6 V – 4 pilhas pequenas
B2 - 3 V – 2 pilhas pequenas
M1 - Motor Modelix de 3 V
P1 - 100 k Ω a 1 M Ω – potenciômetro
R1 - 1,2 k Ω x 1/8 W – resistor (marrom,
vermelho, vermelho)
R2 - 470 Ω x 1/8 W – resistor (amarelo,
violeta, marrom)
C1 - 100 μF x 6 V – capacitor eletrolítico
Mais informações
Dentre os livros recomendados para
aqueles que desejarem ter idéias de
circuitos para controles de motores,
solenóides e aplicativos que podem ser
desenvolvidos com o Modelix, sugerimos
“Eletrônica Para Mecatrônica”, e para os
que desejam aprender desde o começo,
o Curso Básico de Eletrônica, em livro
ou CD-ROM.Veja como adquiri-los no
site www.sabermarketing.com.br.
Diversos:
Matriz de contatos, suportes de 2 e 4
pilhas, fios, solda, etc.
Componente necessários para a montagem
4
Diagrama completo de um circuito simples
5
Opções para obtenção de maior
sensibilidade e diretividade no LDR
16/5/2008 08:35:09
m
montagem
Caixas e
gabinetes
Projetos eletrônicos e mecatrônicos não dependem
apenas das partes funcionais, que podem ser eletrônicas ou mecânicas. Existe também uma parte do
hardware (ferramental) que não exerce função no
projeto, mas que é tão importante quanto as partes
funcionais propriamente ditas. Essa parte é justamente aquela que protege ou aloja os subconjuntos
do projeto, formada por caixas e gabinetes. Há muitas opções para essa parte de seu projeto, as quais
vamos destacar neste artigo.
Newton C. Braga
Se uma montagem é experimental ou didática, ela pode ser
mantida numa matriz de contatos,
ponte ou mesmo placa sem proteção alguma. No entanto, se for um
aparelho para uso constante e principalmente, se for feito para pessoas
comuns, uma caixa ou gabinete para
alojá-lo deverá ser prevista.
A caixa ou gabinete não tem simplesmente a finalidade de tornar sua
aparência melhor e facilitar seu uso:
ela protege os componentes internos
contra acidentes tais como puxões,
contatos com objetos e até mesmo
choque nas pessoas
Para escolher a melhor caixa ou
gabinete para alojar uma montagem
devem ser feitas diversas considerações, como:
Tipo de material
As caixas de metal são mais robustas mas, por outro lado, apresentam
alguns inconvenientes que devem ser
analisados antes de optarmos pela
sua escolha. Um deles é a dificuldade
de se trabalhar com o metal, que é
difícil de furar para colocar componentes externos como os controles,
LEDs e indicadores e para a própria
fixação das placas, suportes de pilhas
e transformadores. Para trabalhar com
caixas de metal o leitor precisará de
um local que suporte o trabalho com
ferramentas mais robustas.
Mais fáceis de trabalhar são as
caixas plásticas. O plástico é fácil de
furar e cortar, não exigindo nem ferramentas especiais nem muito esforço.
O próprio local em que podemos trabalhar com estas caixas pode ser uma
bancada comum, sem a necessidade
de ferramental pesado.
Finalmente, temos alguns materiais
alternativos que podem ser usados em
certas condições. Um deles, bastante
interessante, é a madeira, que pode
resultar em caixas de aparelhos de
boa aparência que não comprometem
seu funcionamento sendo fáceis de
trabalhar. A furação e corte da madeira
para alojar os componentes pode ser
feita com ferramental comum.
m
montagem
1
2
3
Aparelhos montados em diversos tipos de caixas
Caixa da Patola
Montagem experimental
com pequenas tábuas
Menos resistentes, mas que
também servem para alojar alguns projetos, são as caixas de papelão e plástico ondulado. A principal vantagem no
uso desse material está na sua facilidade de obtenção e manuseio. Evidentemente, as caixas de papelão e
plástico fino não são muito resistentes,
devendo o operador do aparelho ter
bastante cuidado. Na figura 1 temos
exemplos de aparelhos montados em
diversos tipos de caixas.
10
Tamanho
Outro fator que determina a escolha do tipo de caixa para alojar um
circuito é o seu tamanho. Evidentemente, se a montagem usar uma
placa grande, transformadores e
outros componentes pesados, será
preciso que ela tenha uma boa resistência para agüentá-los. Caixas de
metal ou plástico grosso são as mais
indicadas.
Se o aparelho for pequeno, caixas
de materiais menos resistentes
servem como, por exemplo, as de
plástico, madeira ou mesmo papelão. Obviamente, um equipamento
muito grande precisará de verdadeiros armários, caso em que materiais
como o aço e a madeira poderão ser
utilizados. Nesses casos, armários
verdadeiros podem ser adaptados
para alojar todo o circuito.
Facilidade de obtenção
Existem empresas especializadas
como a Patola (www.patola.com) que
fabricam caixas plásticas de diversos
tamanhos e formatos, especialmente
indicadas para a realização de montagens eletrônicas. As caixas dessa
empresa podem ser encontradas na
maioria das lojas de componentes
eletrônicos. Na figura 2 vemos uma
caixa da Patola.
No entanto, quando existe dificuldade para se obter caixas profissionais como essas, principalmente se o
projeto exigir uma caixa de formato e
tamanho pouco comuns, o montador
precisa improvisar.
Para essa finalidade, vale a imaginação. Para pequenos equipamentos
podemos usar saboneteiras, caixas
de remédios, caixas de presentes ou
caixas de brinquedos. O montador
esperto guarda em seu local de trabalho todas as caixinhas que puder
encontrar, pois certamente um dia
elas poderão ser úteis para a realização de alguma montagem.
Para equipamentos grandes, as
caixas podem ser feitas ou mesmo
aproveitadas de algum equipamento
fora de uso. Vale também a regra de
se guardar as caixas que percebemos
que um dia possam ter utilidade. Outra
possibilidade é montar as caixas
aproveitando-se materiais comuns.
Duas pequenas tábuas montadas em
ângulo reto podem fazer um “meio
gabinete” para uma montagem experimental, conforme mostra a figura 3.
Os leitores que tiverem habilidade
para trabalhar com plástico e acrílico
podem montar chassis, caixas e meio
gabinetes com relativa facilidade.
Na figura 4 damos algumas
sugestões para o leitor.
Até mesmo uma simples tabuinha
pode servir de plataforma de montagem, evitando que os componentes
fiquem pendurados e portanto sujeitos a falhas, choques e outros problemas causados pelo manuseio.
Fatores técnicos
O tipo de caixa ou chassi para
uma montagem depende também
do circuito que deve ser alojado. Já
tivemos a oportunidade de comentar que existem circuitos sensíveis a
problemas como captação de ruído,
instabilidades devido a uma operaMecatrônica Fácil nº39
m
montagem
ção em alta freqüência, irradiação de
interferências e ruídos, etc. Para estes
circuitos, a melhor solução está na
utilização de caixas de metal ou ainda
caixas de outro material revestidas de
metal. Ligando-se o pólo negativo ou
terra da alimentação do aparelho na
caixa ou blindagem interna (revestimento), ela atua como blindagem evitando assim a irradiação ou captação
de ruídos conforme ilustra a figura 5.
Por outro lado, pequenos transmissores, cujos circuitos críticos podem
se instabilizar quando próximos de
partes de metal, não devem ser
montados em caixas de metal. Para
esses projetos será mais interessante
empregar caixas de plástico ou outros
materiais não condutores.
Formato
O formato da caixa é outro fator
que determina sua escolha. Em geral,
para as montagens comuns são utilizadas caixas quadradas, o que facilita
bastante sua elaboração ou mesmo
seu aproveitamento a partir de uma
das soluções que demos neste mesmo
item. Porém, poderá ser necessário
numa montagem especial uma caixa
com formato diferente. Para estes
casos, o leitor deve saber trabalhar
com materiais como madeira, plástico
ou mesmo metal de modo a fazer a
caixa com o formato desejado.
Segurança
Um fator importante na determinação do tipo de caixa ou proteção
usada em um projeto é a segurança.
Existem circuitos que trabalham com
altas tensões, diretamente ligados à
rede de energia ou ainda com peças
que possam causar ferimentos se
tocadas acidentalmente. Esses circuitos precisam ter a proteção de uma
outra caixa ou de outro recurso que
se julgue necessário no caso. Dessa
forma, aparelhos ligados à rede de
energia devem obrigatoriamente ser
montados em caixas fechadas com
todas as partes vivas do circuito devidamente protegidas.
Denominamos “partes vivas” àquelas que podem dar choques se tocadas acidentalmente. O mesmo ocorre
com aparelhos que trabalhem com
altas tensões como, por exemplo, os
que são empregados em inversores,
eletrificadores, etc. Na figura 6 mosMecatrônica Fácil nº39
4
5
6
Sugestões de montagens para o leitor
Caixas de metal atuam como blidagem
Flyback
tramos um “flyback” que é um transformador que pode gerar dezenas
de milhares de volts, mesmo quando
ligado em circuitos alimentados por
baterias e que por isso deve ser muito
bem protegido para não causarem
choques em que o tocar.
Lembramos que, apesar de tais
circuitos produzirem tensões de
milhares de volts, em muitos casos
a corrente é muito baixa não sendo
grande o perigo de morte. No entanto,
os choques que tais circuitos provocam são bastante desagradáveis.
Conclusão
Muito da aparência final de um projeto, quando da escolha da caixa para
alojá-lo, dependerá da imaginação do
leitor. Ao lado das caixas prontas, que
podem ser adquiridas no comércio
especializado, sempre existe a possibilidade de se fazer improvisações.
Materiais alternativos como madeira,
plástico e mesmo metal podem ser
usados resultando, em muitos casos,
em aparelhos com verdadeira aparência profissional.
Neste artigo demos apenas algumas indicações de como escolher a
melhor caixa para seu projeto, tomando cuidado para que ela não afete o
desempenho do mesmo.
f
11
m
montagem
Miniprojetos de robótica
e mecatrônica
Projetos eletrônicos simples e de baixo custo que
possam ser usados em montagens mecatrônicas e
de robótica não são muitos simples de encontrar.
Como o propósito de nossa publicação é fornecer
o máximo de informações, principalmente as de
uso prático, uma coletânea de circuitos para esta
finalidade seria muito bem aceita. Assim, fornecemos
aqui uma seleção de projetos básicos que podem ser
empregados em trabalhos de Robótica e Mecatrônica,
em aulas de educação tecnológica e até mesmo com
outras destinações.
Robôs, automatismos, modelos, braços mecânicos e
muitos outros projetos podem ter seu funcionamento
incrementado com as configurações dadas a seguir.
Carregador de Nicad
As pilhas recarregáveis ou baterias de Nicad consistem em uma das
fontes de energia mais usadas para
projetos de mecatrônica e robótica.
Na verdade, podemos encontrar
essas pilhas e baterias alimentando
uma infinidade de outras aplicações
como, por exemplo, telefones sem fio,
brinquedos, automatismos, transmissores de controle remoto, etc.
No entanto, pilhas e baterias precisam ser recarregadas. O carregador muito simples que descrevemos
serve para pilhas pequenas, médias
e grandes, fornecendo uma corrente
de carga da ordem de 20 a 50 mA na
rede de 110 V.
1
12
MF39_Miniprojetos.indd 12
O circuito é dos mais econômicos
por não usar transformador, uma vez
que a redução da tensão é feita por
uma lâmpada de 5 a 15 watts para
a rede de 110 V, que também atua
como limitadora de corrente.
A retificação é realizada por um
diodo 1N4004 e a redução final por um
resistor (R1), que pode ter seu valor alterado em função dos tipos de pilhas ou
baterias que devem ser recarregadas.
Podemos carregar de 1 a 4 pilhas
pequenas, médias ou grandes com
este aparelho, por tempos entre 5 e
16 horas, conforme a recomendação
do fabricante.
O leitor poderá usar o seu multímetro para verificar a corrente real de
carga em função das tolerâncias dos
componentes, e ajustar R1 para obter
a corrente que necessita para o tipo
específico de pilhas que utiliza.
Obeceder a polaridade na ligação
do diodo e do suporte de pilhas é fundamental para o funcionamento correto do aparelho.
Com a ligação de dois suportes
de 4 pilhas em série podemos fazer a
carga de até 8 pilhas pequenas, médias ou grandes.
Na figura 1 temos o diagrama completo do carregador.
Newton C. Braga
Na figura 2 vemos a disposição
real dos componentes para esta montagem.
Evidentemente, os componentes
não devem ficar expostos a um toque
acidental que causaria choques perigosos, pois temos a conexão direta
na rede de energia.
O conjunto deve ser acondicionado numa caixa plástica fechada.
Em primeiro lugar, coloque no suporte as pilhas que deseja carregar e
somente depois ligue o plugue à rede
de energia.
Havendo uma carga ligada (pilhas), a lâmpada deverá acender.
Caso a lâmpada não acenda, desligue a alimentação e ajuste as pilhas
no suporte porque poderão estar com
mau contato.
Nunca toque no suporte ou nas pilhas com o aparelho ligado, pois você
pode tomar um forte choque.
O brilho da lâmpada deve ser um
pouco inferior ao normal durante toda
a carga.
Se alguma pilha no processo de
recarga não armazenar energia, isso
é um sinal de que ela poderá estar estragada. Então não a utilize mais em
conjunto com as que estão em bom
estado.
16/5/2008 15:23:50
a
m
montagem
Lista de material:
2
D1 - 1N4004 ou equivalente - diodo de
silício
X1 - 5 watts a 15 watts x 110 V - lâmpada
comum
R1 - 2 k Ω ou 2,2 k Ω x 5 watts - resistor
de fio
B1 - Pilhas a serem recarregadas - ver
texto
Diversos - Suporte de pilhas, ponte de
terminais, soquete para a lâmpada, cabo
de alimentação, caixa para a montagem,
fios, solda, etc.
Protetor dos inseguros
Depois de montar algum aparelho
que deva ser alimentado pela rede de
energia, os leitores menos experientes poderão sentir algum receio de
curto ou “explosão” ao ligá-lo, porque
naturalmente algo poderá ter saído
errado...
É claro que isso representa um perigo, pois antes que os fusíveis da entrada de energia de sua casa abram,
ou os disjuntores desarmem, poderá
haver a queima de componentes e
até um bom susto pelo “estouro” que
ocorrerá nestes casos.
Para esses inseguros, existe uma
montagem muito interessante, que
deverá estar presente na bancada.
Desse modo ligando o aparelho montado ou suspeito nela, simplesmente
teremos o acendimento de uma lâmpada se existir alguma coisa errada, e
nada de mais grave acontecerá.
O aparelho possui três lâmpadas
que funcionam da seguinte maneira.
A primeira‚ X1, que fica em série
com a alimentação do aparelho alimentado de modo a limitar a corrente
em caso de problemas. Se, ao ligar o
aparelho, esta lâmpada acender com
brilho máximo será um sinal de perigo, pois haverá curto.
Neste caso, não devemos acionar
S1 para conexão direta à rede. Precisamos antes reexaminar a montagem.
X2 avisa que o aparelho está na
condição de prova com a ligação da
lâmpada em série e que ela acenderá
se houver problemas.
X3 avisa que a ligação está direta,
ou seja, sem X1 em série, e que não
devemos usar o aparelho com uma
montagem sobre a qual haja dúvidas,
sem antes atuar sobre S1 para acender a luz verde.
O aparelho é indicado para o teste de equipamentos com potências
de até uns 100 watts. Com aparelhos
de maior potência, mesmo que bons,
a lâmpada X1 irá acender com brilho
menor do que o normal. Veja, então,
que se a lâmpada X1 acender mais
fraco que o normal, isso significará
que o aparelho não está em curto.
Na figura 3 mostramos o diagrama completo deste aparelho.
Na figura 4 vemos a disposição
dos componentes que podem ser fixados numa caixa de madeira ou plástico de dimensões apropriadas.
A lâmpada X1 pode ser de 60 ou
75 watts, conforme a rede local, enquanto que X2 e X3 são lâmpadas de
5 W verde e vermelha, ou então um
pouco maiores de 15 ou 25 watts.
O fusível deverá ser instalado em
suporte apropriado, e a tomada para
conectar o aparelho em prova é do
tipo comum.
A chave S1 é do tipo de 2 pólos x 2
posições (HH ou reversível).
3
4
13
16/5/2008 15:24:11
m
montagem
Para usar o aparelho proceda do
seguinte modo: ligue-o na tomada e
coloque S1 na posição em que a luz
verde acende.
Em seguida conecte na saída o
aparelho suspeito ou que você quer
experimentar, e ligue-o. Se a lâmpada
X1 acender com brilho máximo será
um sinal que existe curto.
Desligue o aparelho e verifique.
Se acender com brilho menor que o
normal, neste caso o aparelho poderá
ser alimentado diretamente pela rede
de energia, não havendo portanto perigo de curto.
Se a lâmpada X1 não acender, o
circuito alimentado poderá estar aberto ou ainda ser de consumo muito
baixo.
Se o aparelho estiver bom (X1 não
acender com brilho máximo), passe
então S1 para a posição em que acende a luz vermelha para que ele receba
a alimentação normal.
Lista de material:
Chave de toque
O sensor pode ser uma simples
ponta desencapada de um fio ou até
uma plaquinha de metal, que deverá
ficar isolada por uma base de apoio
de plástico ou madeira.
Uma placa de circuito impresso de
até 15 x 15 cm pode ser utilizada como
sensor.
Na figura 5 apresentamos o diagrama completo do aparelho.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é exibida na figura 6.
O circuito integrado deve ser instalado em um soquete DIL para maior
segurança.
Apenas um toque no elemento
sensor X1 e o relé fechará seus contatos, permanecendo assim por um
intervalo de tempo determinado pelo
ajuste de P1.
Motores e dispositivos diversos
como solenóides e eletroímãs poderão ser acionados em projetos de robótica e mecatrônica.
É possível ainda usar este circuito
em alarmes, sistemas de desativação
de alarmes, abertura de portas ou no
acionamento de temporizadores de
lâmpadas.
A corrente de repouso do circuito é
muito baixa, o que possibilita sua alimentação com pilhas comuns.
O relé, por outro lado, pode controlar cargas potentes, inclusive ligadas na rede de energia.
A sensibilidade do circuito é grande, o que permite que o mais leve toque no sensor provoque seu disparo.
X1 - Lâmpada comum de 40 a 75 watts,
conforme a rede local
X2, X3 - Lâmpadas de 5 watts conforme a
rede local - vermelha e verde
S1 - Chave de 2 pólos x 2 posições
TM1 - Tomada
F1 - 10 A - fusível comum
Diversos: cabo de alimentação suporte
de fusível, soquetes para as lâmpadas,
caixa para montagem, fios, solda, etc.
5
1
6
1
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m
montagem
O relé pode ser do tipo com a base
prevista na figura ou equivalentes, desde que tenham tensão de alimentação
(bobina) de acordo com a empregada
no projeto.
Os resistores são todos de 1/8
watt ou maiores, e os capacitores devem ter tensões de trabalho de 6 V
ou mais.
P1 tanto pode ser um trimpot quanto um potenciômetro comum.
O diodo admite equivalentes, assim como o transistor.
Para a alimentação podem ser usadas 4 pilhas ou fonte.
O teste de funcionamento é simples: ligue o aparelho e ajuste P1 para
uma temporização mínima (menor resistência).
Tocando em X1 e T ao mesmo
tempo com os dedos, o relé deverá
fechar seus contatos, permanecendo
assim por alguns segundos.
Em seguida, o relé desarmará e
o circuito poderá ser disparado novamente com o mesmo procedimento.
Para usar o circuito com o máximo de sensibilidade, ligue o ponto T
(terra) em qualquer ponto que tenha
contato com a terra como, por exemplo, uma esquadria de metal de porta
ou janela, ou mesmo uma torneira de
metal.
Comprovado o funcionamento, se
houver instabilidade, reduza o valor
de R1.
Ajuste então P1 para o tempo de
disparo desejado e ligue nos contatos
do relé o dispositivo que deverá ser
controlado.
Relé de estado sólido
Na figura 7 mostramos o diagrama completo do relé de estado sólido
para correntes de até 2 ampères.
A disposição dos componentes
numa placa de circuito impresso é
vista na figura 8.
O transistor deverá ter um radiador de calor, principalmente se
for usado com corrente acima de 1
ampère.
Os resistores são de 1/8 W ou
maiores, e o capacitor deve ter uma
tensão de trabalho um pouco maior
que a empregada na alimentação.
Nos pontos A e B ligamos a carga
a ser controlada, e entre E1 e E2, ou
ainda E1 e o positivo da alimentação,
Cargas de corrente contínua de
até 2 ampères com tensões de 6 a 15
volts podem ser controladas por este
relé de estado sólido de grande sensibilidade.
Estas cargas podem ser lâmpadas, motores, solenóides, elementos
de aquecimento, eletroímãs, etc.
Relés comuns podem ser substituídos por este circuito em muitos projetos de robótica e mecatrônica.
A sensibilidade do circuito é suficientemente grande para que sensores como fototransistores, LDRs,
termistores, etc possam ser usados
diretamente para controlar as cargas
de alta corrente.
O ajuste de sensibilidade é feito
em P1, pois o circuito que tem por
base um transistor de efeito de campo
de potência (Power FET) é extremamente sensível.
O transistor conduz quando a tensão entre E1 e E2 torna-se suficientemente positiva para saturá-lo.
Um sensor resistivo será ligado
entre E1 e o positivo da alimentação.
O circuito também pode ser controlado diretamente por saídas TTL
e CMOS, o que permite seu uso no
interfaceamento de projetos de robótica e mecatrônica com computadores.
Obs: O circuito também funciona
com a versão CMOS do circuito integrado 555 sem alterações.
Lista de material:
Semicondutores:
CI1 - 555 - circuito integrado, timer
Q1 - BC548 ou equivalente - transistor
NPN de uso geral
D1 - 1N4148 - diodo de uso geral
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 10 M Ω - marrom, preto, azul
R2 - 10 k Ω - marrom, preto, laranja
R3 - 4,7 k Ω - amarelo, violeta, vermelho
P1 - 1 M Ω - trim pot ou potenciômetro
Capacitores:
C1 - 1 000 μF/6 V - eletrolítico
C2 - 100 μF/6 V - eletrolítico
Diversos:
K1 - Relé de 6 V de uso geral
S1 - Interruptor simples
B1 - 6 V - 4 pilhas comuns
Placa de circuito impresso, caixa para
montagem, suporte de pilhas, soquete
para o integrado, fios, solda, etc.
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19/5/2008 12:04:18
m
montagem
o sensor ou a fonte de sinal de excitação do circuito.
Se a carga for indutiva (motores ou
solenóides) será conveniente ligar um
diodo de proteção em paralelo, polarizado no sentido inverso (catodo ou faixa) ligado ao positivo da alimentação.
Comprovado o funcionamento do
relé‚ estará pronto para ser usado.
Pisca-néon
Este circuito pode ser embutido
em robôs e outros automatismos de
modo a indicar seu funcionamento.
O importante deste projeto é que
seu consumo de energia é da ordem de
0,001 watts, o que significa que ele pode
ficar permanentemente ligado, sem que
isso signifique qualquer aumento sensível no valor da sua conta de energia.
Trata-se, portanto, da configuração ideal de sinalização para um circuito que deva ficar permanentemente ligado.
Trata-se de um oscilador de relaxação onde o capacitor C1 se carrega
via R1 até ser atingida a tensão de disparo da lâmpada néon, algo em torno
de 80 volts.
Lista de material:
Semicondutores:
Q1 - IRF620 ou equivalente - qualquer
FET de potência com mais de 2 A de
corrente de dreno.
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1, R2 - 10 k Ω - marrom, preto, laranja
P1 - 1 M Ω - potenciômetro
Quando isso ocorre, a lâmpada
produz um “flash” e o capacitor se
descarrega parcialmente.
Quando a lâmpada apagar teremos um novo ciclo de carga e depois
o disparo.
O capacitor C1, em conjunto com
R1, determina a freqüência de operação do circuito.
Se precisar de alterar a freqüência
do circuito, troque C1 e não R1.
Na figura 9 temos o diagrama
completo do pisca-pisca.
10
1
Capacitores:
C1 - 1 000 μF - eletrolítico
Diversos:
Ponte de terminais tipo antena/terra de
entrada e saída, radiador de calor para o
transistor, caixa para montagem, botão
para o potenciômetro, fios, solda, etc.
Na figura 10 temos a disposição
dos componentes numa ponte de terminais.
A lâmpada néon pode ser de qualquer tipo com a aparência indicada na
figura.
maiores.
Para a rede de 110 V o diodo deve
ser o 1N4004, e para a rede de 220 V
o 1N4007.
Todo o conjunto poderá ser embutido em robôs, braços mecânicos,
interruptores de parede ou em outros
locais onde se deseje uma sinalização permanente de presença de tensão ou funcionamento.
Lista de material:
9
1
NE1 - lâmpada néon comum
D1 - 1N4004 ou 1N4007 - diodo de
silício
R1 - 4,7 M Ω - amarelo, violeta, verde
C1 - 100 nF/100 V - capacitor de poliéster
Diversos:
Ponte de terminais, cabo de alimentação,
fios, solda, etc.
Relé com trava
Mostramos neste circuito como
obter o efeito de trava para um relé
comum, o qual consiste no seguinte:
quando energizamos a bobina de um
relé, ele fecha seus contatos somente
enquanto circular corrente.
Quando a corrente é cortada o
relé, abre seus contatos.
Se quisermos ter o relé fechado
depois da corrente ser cortada, ou
seja, se quisermos travar o relé depois de acionado, precisaremos de
um circuito especial.
16
O circuito que descrevemos aqui
aproveita os contatos NA de um relé
de dois contatos reversíveis (qualquer
tipo para 6 ou 12 V serve para esta
aplicação).
Na figura 11 ilustramos o diagrama completo do relé com trava.
Na figura 12 vemos o aspecto real
dos componentes na sua ligação para
formar este circuito.
Neste circuito básico alimentamos
o relé entre A e B, onde aplicamos
uma tensão de 6 ou 12 V conforme o
tipo de relé usado.
Quando pressionamos S1, o relé
fecha seus contatos e trava.
11
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m
montagem
Mesmo depois de soltarmos S1, ele
se manterá com os contatos fechados.
Para desarmá-lo é preciso cortar a
alimentação por um instante.
12
Efeito de som de motor
O movimento de braços mecânicos, robôs e outros automatismos
estudados em Mecatrônica é feito por
motores silenciosos.
Numa demonstração poderá ser
interessante ter algum tipo de efeito
sonoro que imite o ruído de um motor
de maneira mais forte, de forma a dar
mais realismo ao funcionamento de
tais dispositivos.
O circuito que propomos é simples
e pode ser alimentado com tensões
de 3 a 6 volts.
O rendimento do circuito é muito
bom e o pequeno alto-falante poderá
ser embutido no automatismo, ou instalado numa caixinha apropriada.
O circuito possui ainda um ajuste
de freqüência que serve como acelerador para o efeito e que poderá ficar
ao alcance do operador, ou mesmo
ser acoplado a algum dispositivo de
acionamento automático.
Basicamente, o projeto consiste
em um oscilador onde a freqüência
tanto é determinada por C1 (que pode
ser alterado) quanto pelo ajuste de P1
(que funciona como “acelerador”).
Uma opção de alteração para que
o circuito possa operar com um pulso
de tensão, é feita da seguinte forma:
• Eliminamos S1. O pulso de comando de entrada que deve ter
a tensão de operação do relé,
passa a ser aplicado em C.
• Ligamos o ponto A ao positivo
da alimentação do circuito.
• Um diodo de proteção entre A e
a entrada do pulso poderá ser
necessário, conforme a aplicação.
• Quando aplicarmos um pulso de
disparo em C o relé disparará e
se auto-alimentará via A.
Para desligar o circuito, deverá ser
interrompida a alimentação por um
instante em A.
Uma outra maneira de se desligar o
circuito consiste em se colocar em curto a bobina do relé por um momento.
Na figura 13 apresentamos o diagrama completo deste aparelho.
Na figura 14 exibimos a disposição dos componentes numa ponte de
terminais, que é a versão mais simples e mais imediata principalmente
para os iniciantes.
Os transistores admitem equivalentes, e inclusive Q2 pode ser um BD136
ou TIP32, e o circuito alimentado com
12 V para maior potência. Neste caso,
entretanto, a alimentação deverá vir de
fonte ou bateria, pois um simples conjunto de pilhas não teria condições de
fornecer a energia exigida.
O alto-falante pode ser de 5 a 10
cm, com 4 ou 8 ohms de impedância.
maiores, e o eletrolítico é para 12 V.
Para testar o aparelho, bastará ligar
sua alimentação. Deverão ocorrer estalidos em maior ou menor velocidade
conforme ajustamos o potenciômetro.
Faça o ajuste para obter o som
equivalente a um motor.
Comprovado o funcionamento, instale o conjunto numa caixa e use o
aparelho da melhor maneira, embutindo-o na sua montagem de robótica
ou mecatrônica, ou onde quiser.
Lista de material:
K1 - relé de 6 ou 12 V sensível - qualquer
tipo
S1 - Interruptor de pressão NA
Diversos:
Ponte de terminais, fios, caixa para montagem, solda, etc.
f
Lista de material:
NPN de uso geral
PNP de uso geral
FTE - 4 ou 8 Ω - alto-falante pequeno
S1 - Interruptor simples - opcional
B1 - 3 ou 6 volts - 2 ou 4 pilhas - ver
texto
P1 - 1 M Ω - potenciômetro
R1 - 10 k Ω - marrom, preto, laranja
R2 - 1 k Ω - marrom, preto, vermelho
C1 - 10 μF/12 V - capacitor eletrolítico
Diversos:
Ponte de terminais, caixa para montagem, suporte para duas ou quatro pilhas
(opcional), botão para o potenciômetro,
fios, solda, etc.
14
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p
projeto
RM-1
Robô
Manipulador
Nesta série, nossos leitores terão a oportunidade de
conhecer alguns artigos de sucesso já publicados
na revista Mecatrônica Fácil. Para quem não teve
a chance de conferir alguns artigos que marcaram
história em nossa revista esta é a hora, e aqueles
que já conhecem terão a oportunidade de rever seus
conhecimentos. Nesta edição vamos apresentar o
RM1-Robô Manipulador, publicado na edição no 7
que encontra-se esgotada.
18
p
projeto
Introdução
Os braços mecânicos (ou mecatrônicos) estão presentes hoje em dia nas
indústrias. A precisão e velocidade são
alguns dos fatores que viabilizam o
seu uso em diversas áreas. Em muitas
destas, eles são quase indispensáveis,
pois desenvolverão funções que põem
em risco a vida humana.
O técnico/engenheiro de qualquer
curso de Mecatrônica tem em seu currículo algumas “horas/aula” sobre o
assunto “braços mecatrônicos” (Robótica). Nesses cursos a montagem de
um pequeno “braço”, às vezes, se
faz necessária e muitos precisam de
algumas dicas para a construção do
mesmo.
Nesta edição, propomos a construção de um braço mecatrônico que utiliza servo motores do tipo empregado
em aeromodelos (modelismo), ao
invés de motores comuns ou mesmo
motores de passo. Essa escolha se
deve a fatores como:
• A precisão obtida com os servomotores (podemos controlar sua
posição relativa em “graus”); o
custo dos mesmos, que apesar
de parecer alto ainda é menor
se comparados aos motores de
passo com seus “encoders”; e
circuitos de posição, etc.
• A simplicidade do circuito: com
apenas um microcontrolador
Basic Step, podemos controlar
até 6 servos (com pequenas
alterações no programa), sem a
necessidade de complexos circuitos de posição, drivers para
motores, etc.
• A velocidade de montagem. Seguindo as dicas, tanto para o
protótipo em material alternativo
(sucata), quanto às dadas para
a construção da versão plástica,
o leitor poderá fi nalizar seu projeto em poucas semanas.
Circuito de controle
Os movimentos do RM-1 são controlados por três servos comuns (tipo
standard), utilizados em aeromodelismo.
Na fi gura 1 temos o circuito elétrico (controle) do RM-1. Para controlar os servos utilizamos um Basic
Step I, que se comunica com um PC
através da porta serial RS-232. O
leitor poderá obter maiores informaMecatrônica Fácil nº39
1
2
Circuito RM-1.
Comandos para o RM-1.
ções sobre comunicação serial na
edição nº 5 de Mecatrônica Fácil, na
série LOGO.
O Basic Step recebe os dados
(fi gura 2) da porta serial, decodificaos e os transfere para os servos. Isso
é refl etido em movimento para o braço
mecânico. Estes dados são enviados
para o Step através da linguagem
LOGO, que pode ser obtida gratuitamente no site www.nied.unicamp.
br. Os leitores mais experientes em
programação poderão, se desejarem,
desenvolver seus próprios programas
de controle em outras linguagens ,
de acordo com suas necessidades e
conhecimentos.
Montagem do circuito
de controle
Para esta montagem temos duas
possibilidades: a primeira utilizando
a placa Step LAB da Tato Ind (www.
tato.ind.br) e a segunda com placa
de circuito impresso. O leitor poderá
optar pela primeira como teste e
somente então partir para a montagem defi nitiva, ou montar o circuito de
acordo com os componentes existentes em sua bancada (no caso apenas
o STEP 1, sem a placa Step LAB).
Montagem com a
placa Step Lab
Para o leitor que possui o kit de
desenvolvimento Basic Step com a
placa Step LAB a montagem é bem
simples, pois necessitamos apenas
de alguns pedaços de fi o encapado
rijo para as ligações, um resistor de
22 k ohms (limitador) e algumas barra
de pinos para a ligação dos servos e
do canal serial. Na fi gura 3 apresentamos a montagem utilizando a placa
Step LAB. A alimentação do circuito
será fornecida pela própria fonte
da placa. A gravação do Basic Step
também será facilitada. Siga atentamente o circuito para realizar as ligações.
19
p
projeto
3
Montagem na placa Step LAB.
O servo da base do braço deverá
ser ligado à porta P7, o servo de elevação à porta P6 e o servo da garra
a porta P5. O canal serial é ligado às
portas P0 e P4. Para interligar a placa
Step LAB ao PC, utilizaremos o cabo
de gravação fornecido com a placa.
Porém devemos providenciar um pequeno “adaptador” (figura 4) para o
“pront-o-board” de nossa placa, pois o
conector DB09 presente na placa serve
apenas para gravação do Basic Step.
Montagem com
circuito impresso
4
5
Cabo adaptador para Step LAB.
Montagem em placa de circuito impresso.
20
MF39_RM1_v2.indd 20
A montagem também poderá ser
realizada com uma placa de circuito
impresso comum ou mesmo do tipo
universal, e na figura 5 o leitor tem
um exemplo do “layout” da placa para
a montagem do circuito de controle.
A alimentação deve fornecer 5 VDC
máximos para o circuito e poderá ser
feita através de 4 pilhas (6 VDC) com
um diodo em série para reduzir a voltagem para 5 VDC (alimentação padrão
do Basic Step). O tamanho das pilhas
determinará o tempo máximo de operação do braço. Para tempos “médios”
é aconselhável o uso de pilhas médias
ou grandes, preferencialmente alcalinas. Na figura 6 temos um exemplo
de ligação com pilhas e o uso do diodo
recomendado.
Para tempos maiores, ou até
mesmo “infinitos”, na figura 7 vemos
o esquema e o layout de uma fonte
regulada em 5 VDC. Esta fonte é bem
simples e poderá ser montada pelo
leitor sem maiores “sustos”.
Todas as ligações deverão ser
checadas. É aconselhável o uso
de um “soquete” para o Basic Step.
Este “suporte” pode ser aproveitado
de um soquete de CI para 28 pinos,
utilizando apenas uma metade. Para
a ligação dos servos e do cabo de
comunicação é aconselhável o uso de
barra de pinos. O cabo de comunicação para este tipo de montagem pode
ser visto na figura 8.
Note que o cabo foi desenvolvido
visando a comunicação e a gravação
do Basic Step. A ligação do mesmo
deve obedecer ao uso: gravação nos
pinos 2, 3 e 4 do Basic Step e comunicação nas portas P0, P4 e terra. O
uso de um resistor de 22 k ohms para
o sinal de TX do PC é necessário para
evitar danos ao Basic Step.
16/5/2008 15:38:03
p
projeto
Dicas para construção do RM-1
A
D
G
Cortando a madeira com o estilete.
Co1ocando a cola em um recipiente.
Passando a cola na superfície
a ser colada
Nosso protótipo do RM-1 foi
B
E
H
Cortando a madeira com a serra.
Misturando a cola.
Fixando a peça.
construído em madeira balsa e outros
materiais. A balsa é fácil de manusear,
mas são necessários certos cuidados.
te na transversal desse sentido, deve
ser feito preferencialmente com a serra fina. As figuras A e B demonstram
o corte com estilete e serra fina.
Corte – O corte da madeira pode
ser feito com estilete e régua ou serra fina, dependendo da espessura da
madeira. Espessuras de até 2 mm
podem ser trabalhadas com estiletes.
Espessuras maiores requerem o uso
da serra fina. É recomendável fazer
os traços com caneta ou lápis antes
para uma melhor orientação do corte.
Outra dica para um corte preciso
é obedecer à orientação dos grãos da
madeira. Com um estilete, o corte no
sentido dos grãos é facilitado. O cor-
Colas – Podemos utilizar cola
branca, muito comum em papelarias,
o cianocrilato (Super Bonder) ou a
cola epóxi. Esta última oferece excelente rigidez mecânica e tem um tempo de cura (secagem) melhor que a
cola branca, mas maior que o cianocrilato. Ela pode ser facilmente obtida
em supermercados, lojas de material
de construção ou lojas de modelismo.
Os fabricantes oferecem a cola em diferentes tempos de secagem. A dica
é para as de 15 minutos máximos de
MF39_RM1_v2.indd 21
C
F
I
Exemplos de cola epóxi.
Cola pronta.
Grampos e alfinetes.
cura. Na figura C temos alguns exemplos de colas oferecidas no mercado.
A cola epóxi é fornecida em duas
partes: o adesivo e o “acelerador” ou
catalisador. Para usar basta misturar
partes iguais de ambos, misturando
bem até ela ficar homogênea. A aplicação deve ser feita em no máximo 3
minutos (para colas de 15 minutos de
secagem) com o uso de uma espátula
plástica ou mesmo um pedaço de madeira (sobra). Veja as figuras D a H.
Para ajudar a segurar as partes,
você poderá utilizar “grampos” de varal,
alfinetes, etc (figura I). A pressão não
precisa ser grande. Apenas temos que
ter certeza que as peças serão unidas
de forma correta e na posição desejada.
21
16/5/2008 15:38:09
p
projeto
Construção mecânica
As peças mecânicas foram construídas a partir de materiais de “sucata”
(alternativos), aproveitadas da oficina
do autor. A maioria destas foi desenvolvida a partir de madeira balsa, que
permite um bom acabamento e é muito
fácil de se trabalhar, além de barata.
Utilizamos também tubos plásticos,
tubos de latão, espuma, “peças” de
aeromodelo, parafusos, cola, etc.
Base móvel
Ela foi montada em madeira balsa
de ¼ de polegada (6 mm) de espessura. Para realizar as furações e cortes, utilize um estilete ou serra fina e
uma pequena furadeira. A balsa é uma
madeira macia e o trabalho com a
mesma é simples.
Garra
A garra foi montada com madeira
compensado de 1,5 mm de espessura
e retalhos de balsa com 2 e 4 mm
de espessura. Para a montagem da
6
7
garra, o leitor poderá optar por aplicar cola epóxi ou mesmo cianocrilato
(Super Bonder).
Alimentação com pilhas.
Circuito e lay-out da fonte.
Caso o leitor não tenha experiência no uso de estiletes, serras e furadeiras, deverá pedir a ajuda a
uma pessoa mais experiente.
A união das partes deve ser feita
com cola tipo epóxi.
Na Nota 1, presente neste artigo,
o leitor encontrará dicas importantes
para o trabalho com madeira.
Braço
O braço foi montado utilizando
madeira balsa 6 mm de espessura e
cedro 2 mm de espessura com 10 mm
de largura. Os tubos plásticos usados
nas juntas podem ser aproveitados
de canetas sem carga ou outros.
Em lojas de aeromodelismo é possível encontrar tubos deste tipo com o
nome de “push-rods”.
Aqui também devemos utilizar cola
tipo epóxi para a fixação das peças. Na
extremidade menor do braço, colamos
um pequeno ponto de apoio, aproveitado de um link de servo. Este ponto
será usado pelo servo de elevação.
Punho
O punho foi montado com cedro 2
mm de espessura com 10 mm de largura, além de retalhos de balsa com
6 mm de espessura. Use cola epóxi
também para a montagem deste. No
alto, ao centro do punho, um “horn”
para aeromodelos deve ser colado
com cianocrilato (Super Bonder). Este
“horn” será utilizado pelo “controle
mecânico do punho”.
22
MF39_RM1_v2.indd 22
8
Cabo de comunicaçãio.
16/5/2008 15:38:15
p
projeto
9
11
Montagem da parte fixa da garra.
Peças da parte móvel da garra.
Base fixa
Esta base segura todo o conjunto
e foi preparada a partir de um pedaço
de compensado com 4 mm de espessura, 160 mm de largura e 240 mm
de comprimento. Ela recebe apenas
um furo para a inserção de um link de
servo na parte de baixo da mesma.
Montagem do conjunto
Garra
Começaremos por montar a garra.
A parte fixa deve ser montada na
lateral do servo com auxílio de “cola
quente” ou fita dupla-face (figura 9).
A parte móvel da garra é fixa ao servo
com o auxílio de um “link” de servo
(figura 10). Este link é fornecido junto
com o servo. Utilize um pequeno
parafuso extra para melhorar a rigidez mecânica. Observe a figura 11,
onde mostramos a parte móvel com
suas peças. O leitor também poderá
colar espuma comum a garra com
o uso e fita dupla-face, para melhorar o desempenho da mesma, como
demonstrado na figura 12.
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10
12
Montagem da parte móvel da garra.
Espuma para garra.
Base móvel
A seguir, montaremos a base
móvel. A fixação do servo de giro na
base móvel deve ser feita com parafusos para madeira, na medida dos
servos utilizados. Eles também não
devem ser grandes demais, para
não ultrapassar a espessura da base
móvel. Veja a figura 13.
Notem que a base móvel também
segura o servo responsável pela elevação do braço, e a fixação deste também
deve ser feita com o uso de parafusos
de madeira apropriados (figura 14).
O servo de elevação precisa ter
sua “alavanca” de comando aumentada. Para isso utilizamos cedro com
2 mm de espessura com largura de 10
mm. A figura 15 traz as partes necessárias para a alavanca de elevação.
Punho
Fixe o punho ao braço, utilizando
um tubo de latão com espessura
externa igual a espessura interna do
tubo plástico usado na construção do
braço, como indicado na figura 16.
Fixe o servo da garra ao punho.
Utilize para isso dois parafusos de
madeira. Note que o servo será fixado
de “cabeça-para-baixo”, conforme a
figura 17.
Braço
Agora fixaremos o braço à base
móvel (figura 18). Usaremos para isso
um tubo de latão. Aqui também este
tubo deverá ter sua espessura igual
à espessura interna do tubo plástico.
As “rodas” demonstradas nesta figura
são links redondos para servos.
Precisamos agora fixar o controle
do punho. Este controle é mecânico
e permite que o punho fique sempre
paralelo a base. Ele foi feito com
arame de aço com rosca em uma das
pontas. Ele é facilmente encontrado
em casas especializadas. Na figura
19 temos o diagrama com as medidas
e formas do mesmo.
A fixação do mesmo na base
móvel é feita utilizando-se “horns”
do tipo pequeno para aeromodelos.
Estes “horns” deverão ser posiciona-
23
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projeto
13
15
17
Montagem do servo de giro..
Peças para alavanca de elevação..
Fixando o punho ao servo.
dos na base móvel, de maneira que
seus furos fiquem perpendiculares
ao eixo central do braço. Isto é muito
importante para a correta operação
do mesmo. A fixação do controle do
punho pode ser vista na figura 20.
Na outra extremidade colocamos
um link de aeromodelo para fixar ao
“horn” do punho. Regule através da
rosca do arame para que o punho
24
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14
16
18
Montagem do servo de elevação.
Fixando o punho ao braço.
Fixando o braço a base móvel.
e o braço fiquem alinhados, quando
conectar o link ao “horn de aeromodelo” colado no punho. Veja a operação na figura 21.
Agora, já podemos fixar a alavanca de elevação ao braço. Para
isso desenvolvemos uma peça aproveitando apenas a extremidade com
rosca do arame de aço e dois links
para aeromodelo. observe a figura
22. Essa peça permite uma regulagem
precisa da altura do braço. Na figura
23 temos a instalação da mesma na
alavanca e braço.
Montagem final
Fixado o braço, resta-nos apenas
montar a base móvel à base fixa.
Para isso devemos parafusar o servo
de giro a base fixa. Utilizamos um link
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p
projeto
19
21
23
Esquema para controle do punho.
Fixando o controle de punho ao punho.
Ligação da alvanca e braço.
para servo tipo “estrela” parafusado
na parte de baixo da base fixa (figura
24). Não devemos apertar muito este
parafuso, pois a base móvel irá girar
sobre a base fixa. Sendo assim, teremos um pequeno atrito. Não sobrecarregue o servo. A figura 25 mostra
esta operação.
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20
22
24
Fixando o controle do punho a base.
Peça de ligação entre alavanca e braço.
Link “estrela”.
Ligações elétricas
Agora já podemos ligar os servos à
placa de controle. Porém antes devemos “alongar” o fio de ligação do servo
da garra. Para isso o leitor necessita
de um fio triplo, que pode ser aproveitado de uma cinta de conexão com
“disk-driver’s” ou “HD’s”. O compri-
men-to da extensão deverá ser feito
observando-se o livre movimento do
braço. É melhor pecar por excesso do
que por falta.
Corte o fio do servo próximo ao
conector do mesmo e solde o “alongador”. Tome cuidado para não inverter
as ligações. Use termocontrátil para
25
19/5/2008 12:08:25
p
projeto
25
27
Fixando a base móvel.
Ligando os servos a placa de controle.
26
28
29
isolar, evitando possíveis curtos e
melhorando o acabamento. Veja a
figura 26.
Ligue o servo da garra a porta P5,
o servo de elevação à porta P6 e o
servo de giro (base móvel) a porta P7
conforme visto na figura 27. Ligue o
cabo de comunicação à placa (figura
28), e pronto (Figura 29).
Programação
Para programar o Basic Step,
digite o programa “RM_1.BAS” no
“Compilador Basic Step”. Verifique
os erros e envie o programa para
o Step. O leitor notará que o braço
executará alguns movimentos, buscando ficar com a base no centro,
o braço ajustado na metade de seu
curso e a garra fechada.
Talvez seja necessário ajustar
o braço. Ajuste tudo movendo as
partes para que obedeçam às configurações demonstradas. Lembre-se
de soltar os parafusos para isso!
26
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“Alongando” o cabo do servo.
Ligando o cabo de comunicação.
O RM-1 pronto.
O programa do
STEP roda de acordo com o fluxograma apresentado na
figura 30 e o leitor
poderá entender melhor o funcionamento de cada linha do
programa, acompanhando os comentários inseridos no
mesmo.
Para o controle
do braço optamos
pelo Super Logo do
Nied de Campinas.
Esta linguagem é
muito interessante
e alvo de uma série
de artigos aqui na
revista Mecatrônica Fácil. O leitor que
tiver interesse em acompanhar a série
poderá adquirir os números anteriores
da revista.
O Super Logo é distribuído gratuita-
mente no site www.nied.campinas.
br. Sua instalação é idêntica a qualquer software comercial e bem intuitiva. Digite o programa BM_1.LGO no
Logo.
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p
projeto
30
31
Fluxograma para o Rm-1.BAS.
Tela do controle.
32
Fluxograma para RM_1.LGO.
Prova e uso
Com tudo devidamente conferido, é hora do teste.
Conecte o cabo de gravação do Basic Step ou o cabo
desenvolvido pelo leitor (dependendo do caso) à porta
serial 1 (COM 1) ou porta serial 2 (COM 2). O programa
RM_1.LGO foi desenvolvido para rodar na porta COM 1.
Se o leitor desejar usar a porta COM 2, altere as linhas de
programa como segue:
abraporta “com2
mudemodoporta “com2:2400,n,8,1
Esta alteração permitirá o uso da porta COM 2 pelo
LOGO. Ligue o RM-1 e execute o programa. As opções do
programa são suficientes para operar o braço (figura 31).
Existem comandos (botões) totais e comandos parciais
(barras de rolagem). O leitor também poderá gravar os seus
comandos para posteriormente ver o braço executá-los,
independentemente do teclado do micro.
Para isso, clique em “Abre Arquivo”. O LOGO criará um
arquivo chamado RM1.DAT onde guardará os comandos
salvos. Execute um comando qualquer no RM-1. Clique
em “Salva Comando”. E assim sucessivamente. Para cada
comando, um clique no botão para salvar o comando. Após
salvar todos os comandos você já pode executar os comandos salvos. Clique em “Executa arquivo”. O braço repetirá
todos os comandos gravados. Ao final ele irá parar, aguardando “novas ordens”. O arquivo RM1.DAT conterá os
comandos e poderá ser sempre executado.
Na figura 32, o leitor poderá observar através do fluxograma o funcionamento do programa RM_1.LGO. O leitor
mais experiente em programação poderá também desenvolver um programa diferente para outras operações ou até
mesmo inserir novos comandos, ou modificar os já existentes
no programa apresentado. As possibilidades são infinitas.
Com seu RM-1 pronto, o leitor poderá pintá-lo, melhorando muito o acabamento do mesmo. As cores e padrões
ficam por conta de cada um.
MF39_RM1_v2.indd 27
27
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p
projeto
Conclusão
Um braço mecânico, muitas vezes,
pode parecer complexo, mas não é!
Aconselhamos uma leitura cuidadosa
do texto apresentado e uma análise
das fotos deste artigo. Faça isso várias
vezes, se necessário. Você notará que
tudo o que lhe parece “difícil”, ficará
mais claro a cada revisão. Esperamos
que todos os que se proponham a
montar o RM-1, tenham sucesso. Boa
montagem!
f
Lista de materiais:
Para o RM-1 com Step Lab
1 – Basic Step 1
3 – Servos para aeromodelo Standart
Futaba ou compatível
1 – resistor 22 kW x 1/8 watt
1 – DB09 fêmea
Cabo adaptador:
1 – DB09 fêmea
20 cm Fio triplo
Diversos:
1 – barra de pinos, fios rijos para ligação,
pés de borracha, etc.
Para o RM-1 sem Step Lab
1 – Basic Step 1
3 – Servos para aeromodelo Standard
Futaba ou compatível
1 – resistor 22k W x 1/8 watt
1 – chave normalmente aberta tipo “pushbutton”
Cabo de comunicação Gravação:
1 – DB09 fêmea
1,5 – metros de cabo com 3 vias
Fonte:
1 – 7805 (regulador de voltagem)
1 – transformador 9+9 volts x 500 mA
2 – diodos 1N4001
1 – capacitor eletrolítico 1000µFx25V
1 – capacitor eletrolítico 100µFx16V
1 – Caixa para fonte
Diversos:
1 – placa de circuito impresso virgem ou
padrão, barra de pinos, pés de borracha,
rabicho, fio duplo p/ fonte, etc.
Peças de aeromodelo
(comuns as duas versões):
2 – horns tipo pequeno
1 – horn tipo médio
2 – arames com rosca
3 – links para aeromodelos
28
MF39_RM1_v2.indd 28
Dicas de Substituições
Todas as peças de aeromodelos podem ser substituídas. Nosso
objetivo foi demonstrar que podemos
aproveitar várias peças, de diversas
áreas, para a construção de nossos
robôs. Devemos estar sempre atentos
a possibilidade do emprego de novos
materiais.
Link de aeromodelo
Os links de aeromodelo
podem ser substituídos
por arames com terminação em “Z”. Esta
adaptação não permite
regulagens de distância.
Para fazer este arame
siga os passos demonstrados nas figuras J a L.
Horn
O horn de aeromodelo
pode ser montado pelo
leitor com madeira
compensado de 2 mm,
plástico ou qualquer
material rijo que o leitor
disponha. Na figura M
temos um exemplo de
“horn” comercial.
Arames de aço
Este item pode ser obtido
em casas de aeromodelismo, ou mesmo
aproveitado de um aro
de bicicleta. Ambos
possuem rosca em uma
única ponta. O corte
destes pode ser feito
com minifuradeiras com
disco de corte fino, ou
serra de metal ou mesmo
através de alicates do tipo
universal com corte. Na
figura N temos um exemplo do arame descrito,
encontrado em casas de
modelismo.
J
K
L
M
N
Primeira dobra do arame.
Segunda dobra do arame.
Última dobra do arame.
“Horn” comercial.
Arame com rosca.
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r
Flickr/divulgação
robótica
Como
projetar
um robô?
parte 2
Prosseguindo com artigo
apresentado na edição anterior, que
demonstrou como determinar a tarefa
principal do robô, suas sub-tarefas,
como as mesmas devem ser executadas e ainda a implementação de
dois sub-sistemas necessários, é o
momento de tratar de mais algumas
dicas práticas para facilitar o projeto e
execução do seu robô.
Este artigo apresentará dicas
importantes a respeito de mais dois
elementos necessários ao robô utilizado como demonstração, seu
cérebro, a fonte, o chassi e dicas na
preparação da documentação final.
res, drivers de controle, encoders,
etc);
• cérebro para processamento
da tarefa principal e sub-tarefas
(microcontrolador, PC, etc).
Destes, os dois primeiros já foram
1
apresentados. A seguir serão descritos os demais itens.
Elementos auxiliares
de navegação
Estes podem ser feitos a partir de
sensores tipo sonar (figura 1), IR (figura
Sonar aplicado a um robô
Dimensionar cada um
dos elementos necessários
Para o exemplo do robô bombeiro,
a edição passada apresentou os
seguintes elementos a serem dimensionados:
• elementos para realizar extinção da
chama (ventoinha, extintor de CO2);
• elementos para a localização da
chama (sensor);
• elementos auxiliares para a navegação pelo ambiente (sensores);
• elementos de locomoção (moto30
r
robótica
2) e sensores de toque (figura 3).
Eles auxiliarão o robô a detectar
os obstáculos que poderão aparecer
pelo caminho durante a navegação,
enquanto o mesmo estiver a procura
de uma chama. Sem estes sensores
o robô poderá bater em uma parede
e ficar lá, travado, e o que é pior, sem
cumprir a tarefa principal.
Elementos de locomoção
Os elementos de locomoção são
representados basicamente pelos
motores e seus drivers de controle.
A escolha de um motor é bastante
importante e deve estar ligada à precisão desejada para os movimentos
e ao peso total a ser “movido”. Se o
leitor deseja que o robô se movimente
com bastante precisão e bom torque,
o ideal é utilizar motores de passo
(figura 4).
Em alguns casos a precisão deve
ser absoluta e então será necessário
um circuito para acompanhar se o
movimento foi realmente executado.
Nessa situação, o uso de um encoder ligado ao eixo do motor é o mais
recomendável.
Para robôs onde a movimentação
não requer muita precisão, os motores DC com caixas de redução são
os mais recomendados. Neste caso,
o torque estará intimamente ligada
a relação de redução oferecida pela
caixa de redução. Quanto maior ela
for, maior será o torque em detrimento
da velocidade final e vice-versa. A
figura 5 apresenta um exemplo deste
motor.
Cada um destes motores requer
um tipo de driver de controle. Alguns
deles já trazem embutidos tais controles, outros necessitam que os
mesmos sejam construídos. Em geral,
os motores DC comuns (com ou sem
caixa de redução) e os motores de
passo precisam de drivers externos.
Os motores “adaptados” de servos de
movimentação (muito utilizados em
aeromodelismo e instalação de antenas parabólicas) já possuem tais drivers instalados. A figura 6 mostra dois
drivers para motor de passo construídos com transistores bipolares e a
figura 7 um driver para motores DC
tipo “ponte H”, também montado com
transistores bipolares.
O leitor também pode implementar no circuito um controle de corMecatrônica Fácil nº39
2
3
5
Sensor IR para aplicação em robótica
Sensor construído com uma chave
4
Aspecto de um motor de passo
Motor DC aplicado a um robô
rente. Este circuito é bem simples e
se resume basicamente a um resistor shunt. Lendo a tensão sobre este
resistor e aplicando a Lei de Ohm, é
possível calcular a corrente total consumida pelo motor. Isso permitiria, por
exemplo, detectar através de um consumo excessivo o travamento do robô
em algum obstáculo e, assim, efetuar
o seu recuo ou mesmo desligamento
para salvaguardar o circuito de controle do motor e/ou o próprio robô.
31
r
robótica
6
7
8
Dois circuitos para controle de motor de passo
Driver para motor DC tipo ponte H
Microcontroladores de 8 bits
32
O cérebro
Muitos leitores, infelizmente, cometem o erro de dimensionar primeiramente o cérebro para somente
depois dimensionar os demais itens
do robô. Isso é um grande erro, já que
sem saber como serão os outros elementos fica praticamente impossível
dimensionar o “cérebro”. Em muitos
casos, este é um dos motivos que faz
com muitos desistam de projetar seu
primeiro robô. Por isso, foi colocado
no início deste artigo que o projeto se
daria de trás para frente.
Primeiro dimensionamos os elementos que lidam com os sinais de
saída e entrada. Desta forma sabemos a quantidade, o tamanho e o
peso aproximado destes itens. Essa
informação é de suma importância
para o correto projeto da parte de
locomoção. Com a parte de locomoção pronta, tem-se todos os elementos necessários e pode-se então
pensar no “cérebro” que controlará
tudo isso.
Na maioria dos casos, um microcontrolador de 8 bits é mais que suficiente (figura 8). Já em outros, onde
é exigido um maior poder de processamento, memória, cálculos mais
complexos, etc, um microcontrolador
de 16, 24 ou 32 bits é mais recomendável. Também é possível usar um PC
como cérebro, mas nesta situação o
cérebro deverá ser tratado como um
sistema “externo” ao robô, principalmente se os pré-requisitos “tamanho”
e “consumo” forem pontos cruciais do
projeto.
A escolha do microcontrolador
deve levar em conta também a interface com os elementos a serem controlados. E o leitor deve estar pronto
para, se necessário, adaptar tais interfaces com a boa e velha conhecida de
todos, a eletrônica básica. Lembrase quando foi citado o possível uso
de um resistor shunt para detectar a
corrente em um driver para motores?
Quantas não foram as vezes que a
editora recebeu um pedido de leitores
solicitando a indicação de um “nome”
ou “código” de um CI “mágico” que
executasse justamente essa função?
Sem bons conhecimentos em eletrônica básica, tudo pode ficar bastante
difícil e complicado.
Um outro detalhe muito importante
sobre o “cérebro” diz respeito à “proMecatrônica Fácil nº39
r
robótica
gramação” deste. É com bons conhecimentos em Lógica de Programação
aplicados através de uma Linguagem
de Programação qualquer que o leitor
irá “ensinar” o robô a como executar
as sub-tarefas e a tarefa principal.
Sem isso, o robô não será nada a não
ser um amontoado de peças e partes
mecânicas sem nenhuma utilidade.
Comece desenhando um pequeno
fluxograma que conterá a função
principal do robô. Este fluxograma irá
determinar como o robô deve reagir. A
partir deste fluxograma o leitor poderá
realizar outros para as sub-tarefas.
Lembrando-se sempre do conselho: “seja simples”. Veja a figura 9.
Ela demonstra um exemplo de como
deve ser o comportamento “básico”
do robô. A partir dele, o leitor poderá
desenvolver o restante (mais um exercício, que tal?).
A fonte de alimentação
Este item deve ser dimensionado
de acordo com o tempo de operação desejado para o robô e isto está
intimamente ligado ao consumo de
energia dos elementos presentes.
Muitas vezes um simples conjunto
de pilhas pode resolver o problema,
mas em outros não. E, nesses casos,
o uso de baterias especiais é o mais
recomendado. A alimentação do robô
pode ser feita a partir de uma única
bateria e através de reguladores de
tensão pode-se obter tensões específicas para cada um dos elementos,
ou então pode-se utilizar baterias
independentes previamente dimensionadas para alimentar cada um dos
circuitos. Aqui a escolha do sistema
de alimentação deve ser realizada
com bastante critério. Nada é mais
desagradável que perder uma prova
ou mesmo apresentação por falta de
“energia” no robô.
Para auxiliá-lo no dimensionamen-to do consumo, use os manuais do fabricante para cada um dos
elementos, um bom amperímetro e
uma fonte de alimentação de bancada durante os testes de integração
entre os elementos e o cérebro. Faça
também um teste de consumo com
tudo instalado no chassi. A partir
desse consumo, o leitor terá condições de dimensionar a capacidade
9
Fluxograma básico
para o robô bombeiro
necessárias das baterias. E lembrese de considerar uma certa “margem
de folga”, principalmente se a bateria
escolhida for do tipo NiCad ou Ácidochumbo. Estas são sempre as mais
pesadas e este peso deve ser acrescido em seus cálculos finais. A figura
10 descreve estes testes.
33
r
robótica
10
11
Este tipo de chassi pode ser utilizado
com vários tipos de motores (passo,
DC, servos, etc) e ainda pode receber toda a eletrônica de controle
além dos sensores necessários.
Seu tamanho depende dos fatores
já discutidos e por isso, nenhuma
medida será passada aqui. O intuito
é apenas oferecer uma visão do que
pode haver de mais básico no mundo
dos chassis para robótica.
Dimensionando o consumo do robô
Sugestão de um chassi básico para robótico
O chassi
Em ambos os casos, a locomoção
é uma sub-tarefa comum aos robôs
usados como exemplo. Se é assim,
fica óbvio que um dos elementos
necessários será um chassi capaz
de transportar toda a eletrônica e/ou
mecânica exigidas para a realização
da tarefa principal de cada um dos
robôs. Tem-se assim, um elemento
essencial comum a todo robô autônomo.
A escolha e o desenho deste deve
ser feita de acordo com o número e
a posição dos itens a serem instalados e, também, o design desejado.
O leitor irá perceber que construir
um chassi para um robô pode ser
um tarefa bastante árdua, principalmente se não tiver nenhuma “intimidade” com os materiais escolhidos
(ferro, alumínio, madeira, plástico,
etc) e também com as ferramen34
tas necessárias para lidar com tais
materiais.
Sem dúvida alguma, o chassi é uma
das partes mais complexa no projeto
e construção de um robô. A sugestão
é sempre a mesma: “mantenha a simplicidade”! Deixe os desenhos mais
difíceis para futuros upgrades no robô.
Numa primeira etapa, uma plataforma
bem básica e simples, mas que seja
capaz de comportar todo o sistema
é mais que adequada. Não gaste
tempo e nem dinheiro construindo o
“chassi dos sonhos”, antes mesmo
de ter comprovado a eficácia do robô
na execução da tarefa principal. Seja
simples e seus objetivos serão alcançados com maior facilidade!
A figura 11 traz um exemplo de
um chassi bem simples, mas que
pode oferecer bons resultados. São
dois motores operando em conjunto
e uma terceira roda livre de apoio.
A documentação
Esta é sem dúvida alguma a
parte mais importante do seu trabalho, depois do famoso “funciona!!!”.
A documentação deve ser feita com
o máximo de detalhamento possível,
mas sem ser redundante. Procure
gerar sua documentação à medida
que o projeto avança. A cada etapa
realizada, prepare um relatório contendo os pontos mais importantes,
dificuldades encontradas e as soluções aplicadas. Não se esqueça
também de inserir todas as medidas
dos elementos mecânicos utilizados, as especificações técnicas mais
importantes dos componentes eletrônicos e tudo o que o leitor acreditar
ser relevante para o trabalho.
Fazendo isso, ao final da montagem o leitor terá muito material para
auxiliá-lo na construção do relatório
final (ou monografia). Se ele deixar
para reunir todas as informações
necessárias somente ao final do trabalho, com certeza deixará passar
pontos importantes e com isso não
poderá entregar um relatório que
detalhe adequadamente seu projeto!
Conclusão
As dicas passadas neste e no
artigo anterior não são “regras absolutas”, mas sim simples referências.
Muitas outras poderiam ser inseridas
aqui, mas para projetos mais simples
elas são mais que suficientes e a partir
da experiência adquirida com a montagem de um ou mais robôs, o leitor
poderá criar a sua própria “receita de
bolo”. Espero que este artigo ajude
todos aqueles que em breve se depararão com o desafio de projetar e
construir seu próprio robô. Boa leitura
e estudos! Até a próxima!!!
f
e
eletrônica
Controle de
motores DC
com o PIC
Newton C. Braga
Em muitas aplicações mecatrônicas é necessário
controlar o sentido de rotação de um motor de corrente contínua com escovas a partir de sinais digitais,
provenientes de sensores ou outras fontes. A Microchip (www.microchip.com), em seu Application Note
AN893, descreve como fazer isso usando recursos
do PIC16F684. Evidentemente, os mesmos recursos
são válidos para as versões mais modernas do PIC,
valendo portanto a forma como a implementação do
controle é feita.
Neste artigo faremos uma breve discussão do conteúdo deste documento da Microchip. Mais detalhes
podem ser obtidos no original em formato PDF, disponível no site da empresa.
A Microchip descreve neste
documento como usar a Enhanced
Capture, Compare e PWM (ECCP)
no PIC16F684 para controlar o sentido de rotação de um motor de corrente contínua com escovas.
Segundo a empresa, são muitos
os equipamentos em que pode ser
implementado o recurso de controle
bidirecional de um motor como, por
exemplo, em brinquedos inteligentes,
pequenos eletrodomésticos e ferramentas.
O recurso é obtido com base no
periférico EECP disponível a partir
do PIC indicado neste application,
e que consiste numa melhoria do
módulo CCP que traz recursos adicionais como 4 canais PWM de controle
16 - Maio 2004
para um controle bidirecional fácil de
motores através do hardware.
Assim, a idéia básica do Application Note da Microchip é mostrar como
usar este recurso em um controle de
motor de ponte completa.
Os Parâmetros do ECCP PWM
Ao se trabalhar com o ECCP no
modo PWM devem ser calculados
três parâmetros básicos de funcionamento:
Freqüência
A escolha da freqüência é importante tanto pelas suas características
mecânicas quanto pela possibilidade
de se produzir ruídos. A velocidade
de comutação também irá influir na
escolha dos transistores de potência
que devem controlar o motor. Se bem
que o ouvido humano possa perceber
freqüências numa faixa que vai de 20
Hz até perto de 20 kHz, normalmente
num motor as freqüências acima de
4 kHz já não são percebidas.
Ciclo Ativo
O ciclo ativo determina a velocidade de rotação do motor num sentido ou em outro. Assim, podemos
usar este recurso para controlar inclusive a velocidade do motor.
Resolução
A resolução do ciclo ativo do
PWM determina a precisão segundo
a qual o ciclo ativo pode ser alterado
35
e
eletrônica
1
2
Circuito básico
Controle de processo que utiliza um controle por computador.
e, com isso, a precisão no controle da
rotação do motor. Por exemplo, para
uma resolução de 10 bits temos 1024
valores possíveis para o ciclo ativo,
enquanto que para uma resolução de
8 bits apenas 256.
A partir dessas informações obtidas por cálculo, segundo fórmulas
dadas no application note da Microchip, é possível chegar aos parâmetros de programação do PIC. O
próximo passo é a implementação
do circuito básico, que é mostrado na
figura 1.
Os transistores de efeito de campo
de potência devem ser especificados
para suportarem a corrente exigida
pelo motor controlado. Os drivers
admitem diversos tipos de configurações, sendo as mais comuns as que
fazem uso de lógica CMOS ou mesmo
de circuitos integrados dedicados a
esta função, para os quais existem
muitas opções disponíveis.
Um exemplo interessante de apli36
cação mecatrônica é dado no documento, sendo ilustrado na figura 2.
Trata-se de um controle de processo
que utiliza um controle por computador e também fornece resultados das
medidas de velocidade e corrente
feitas por sistemas sem sensores.
Com este sistema, o usuário pode
configurar o motor bidirecional (BDC)
usando o PIC16F684, ajustar a freqüência do PWM e o ciclo ativo, mudar
da freqüência interna do oscilador em
tempo real e visualizar as medidas de
corrente e PWM.
Para esta aplicação o código-fonte
foi escrito usando o compilador HI
TECH C, a IDE MPLAB e o a plataforma de desenvolvimento Microsoft
Visual C++, mas outros recursos
podem ser empregados, inclusive em
versões mais modernas.
O PIC16F684 implementa uma
USART RS-232 rodando a 9600 bps
e o código-fonte pode ser obtido no
site da Microchip.
f
Mecatrônica
Fácil2004
nº39
Mecatrônica Fácil
nº16 - Maio

Como projetar um robô? parte 2

Transcrição

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